Lançador de Bolas de Tênis

Prévia do material em texto

Engenharia Mecânica 
Engenharia de Produção Mecânica
 Breno de Oliveira Moura C701ci0
Charles David Ibiapina de Souza C6842i4
Jessica Policarpo Ico C759732
Luiz Augusto Amaral Pantoja C5181j8
Pedro Henrique Camargo Silva C395781
Rafael Ferreira T4748G1
Lançador de Bola de Tênis 
SÁO PAULO – SP
2019
Breno de Oliveira Moura
Charles David Ibiapina de Souza 
Jessica Policarpo Ico 
Luiz Augusto Amaral Pantoja 
Pedro Henrique Camargo Silva
Rafael Ferreira T4748G1
Lançador de Bola de Tênis
Trabalho apresentado a Universidade Paulista - UNIP como requisito à disciplina de Atividades Práticas Supervisionadas, sob orientação do Professor.
Aprovado em:
BANCA EXAMINADORA
_______________________/__/___
Prof. Nome do Professor
Universidade Paulista – UNIP
_______________________/__/___
SÃO PAULO - SP
2019
ÍNDICE
INTRODUÇÃO	4
OBJETIVO	5
METODOLOGIA E ANÁLISE	6
HISTÓRIA DA CATAPULTA	7
MOLAS	7
ESTUDO DAS MOLAS	9
ELABORAÇÃO DOS DESENHOS TÉCNICOS	9
CÁLCULOS UTILIZADOS	10
CONSTRUÇÃO DO PROJETO	13
ETAPAS DE CONSTRUÇÃO	13
RESULTADO DOS TESTES	14
CUSTOS	15
PROJETO E IMAGENS	16
CONSIDERAÇÕES FINAIS	17
REFERÊNCIAS BIBLIOGRAFICAS	18
2
INTRODUÇÃO
O escopo desse trabalho foi desenvolver uma máquina lançadora de bolas de tênis com gatilho disparador manual para acertamos determinados alvos. Existem diversas finalidades para essa máquina como por exemplo, para uso em treinamentos de tênis onde o seguimento desse setor vem crescendo gradativamente onde ainda existe um déficit significativo desse tipo de equipamento, devido ao seu custo ser elevado, além de aplicarmos conhecimentos adquiridos ao decorrer da formação curricular. Com isso iremos desenvolver um protótipo visando custo benéfico e respeitando as premissas e restrições de acordo com o objetivo. 
OBJETIVO
O projeto proposto, tem como objetivo realizamos o lançamento de um corpo de prova, neste caso em específico, bolas de tênis, seguindo de acordo com as premissas e restrições estabelecidas pelo manual da APS. O lançador devera acerta três alvos com diferentes distancias para que obtenhamos êxito assim tendo aplicado conceitos necessários para o objetivo.
METODOLOGIA E ANÁLISE
 	
Para esse semestre foi definido para confecção, um lançador de bolas, onde foram estabelecidas algumas restrições e premissas (requisitos e especificações a serem atendidas). 
Foram realizados estudos e pesquisas de características e formas para atender os requisitos estabelecidos. Tipo de mola, inclinação do tubo e tipos de materiais para atender as premissas e restrições adotadas. 
Definição de critérios e escolha da melhor solução (através de cálculos).
A definição da mola foi crucial para conseguirmos atingir o objetivo que é lançar a bolinha em 8 metros de distância, onde iremos colocar o tubo em uma inclinação. Foram realizados alguns testes de carga e pressão, para chegar ao layout perfeito. O sistema de trava também passou por cálculos de redimensionamento para suportar a pressão e força em que a mola irá exerce sobre a mesma. 
A definição dos materiais a serem utilizados, foi um dos quesitos principais do projeto, que tipo de material será utilizado no lançador (Inox, Ferro, Pvc e Etc). Foi escolhido o tudo de Ferro devido a sua resistência e também a fim de ser fácil de movimentar. A estrutura também de mesmo material. A base de apoio foi escolhida um ferro mais pesado para melhor instabilidade durante o movimento de compressão da mola, pois suporta perfeitamente o lançador, onde irá apoiar para que não ocorra o deslocamento do mesmo. Já o sistema trava, também será desenvolvido utilizando devido a sua dureza e resistência. 
HISTÓRIA DA CATAPULTA
Antes da invenção dos canhões e das armas de fogo, as catapultas eram importantes armas de guerra. Uma catapulta era uma máquina simples, usada para lançar projéteis, ou objetos pesados, contra um inimigo, com grande força e a grandes distâncias. Havia diversos tipos de catapultas. O mais básico era feito de um longo braço de madeira com um grande receptáculo na ponta. Um tubo rotatório, chamado sarilho, ficava preso a esse braço. Uma corda era presa a ele e colocada ao redor do sarilho, dando várias voltas. Na base do braço ficava um conjunto de cordas. Para preparar a catapulta, os soldados apertavam a corda, girando o sarilho. Com isso, as cordas na base do braço eram torcidas, ficando cada vez mais apertadas. Os soldados então colocavam no receptáculo uma pedra muito grande ou outros objetos, e depois soltavam a corda. As cordas em volta da base se desenrolavam todas ao mesmo tempo e o braço se movia para frente, lançando sua carga. Uma catapulta grande era capaz de arremessar uma pedra por até 460 metros de distância. As catapultas em geral eram usadas para destruir muros de castelos. Para atacar um castelo, normalmente era necessária mais de uma. As catapultas também eram usadas para arremessar lanças contra um exército inimigo quando este avançava.
Visto que ao longo dos anos este tipo de projeto foi se aperfeiçoando assim como encontrando diferentes meios de aplicação, o que pode se dizer que iniciou como uma arma de fogo foi ganhando novos olhares como ponto de vista acadêmico, uma vez que o mesmo engloba certos conceitos de física.
MOLAS
A mola sempre foi utilizada ao longo da história. Até mesmo um galho de árvore resistente pode ser usado como uma mola, exemplo do arco e flecha.
Na Idade do Bronze, mais sofisticados dispositivos de mola foram utilizados. Durante o século III AC, Ctesibius engenheiro grego de Alexandria desenvolveu um processo para produzir “bronze elástico”, aumentando a quantidade de estanho na liga de cobre, fundindo a liga e endurecendo-a com golpes de martelo. Ele tentou usar uma combinação de molas para operar uma catapulta militar, mas tais molas não eram poderosas o suficiente.
Durante o século II AC, Philon de Bizâncio, outro engenheiro, construiu um dispositivo semelhante, aparentemente com algum sucesso. Molas foram amplamente utilizadas em cadeados no império romano para manter travados.
O próximo passo significativo na história das molas surgiu na Idade Média. Uma serra desenvolvida por Villard de Honnecourtt, cerca do ano de 1250, este utilizou uma roda d’água para empurrar uma lâmina da serra em uma direção, e uma mola para puxar a lâmina de serra na direção oposta.
Molas foram desenvolvidas no início do século XV para substituir o sistema de pesos que os relógios comumente utilizavam. Molas aferidas alimentavam um mecanismo que gerava a frequência necessária para a movimentação dos ponteiros dos relógios.
Molas foram capazes de viabilizar a construção de aparelhos de relojoaria portátil possibilitando a navegação precisa de navios oceânicos. No século XVIII, a Revolução Industrial estimulou o desenvolvimento de novas técnicas de produção de molas em larga escala. Durante a década de 1780, a British usou uma moderna máquina de enrolar molas em sua fábrica. Aparentemente, uma adaptação de um torno mecânico. A máquina carregava um rolo de arame no lugar de uma ferramenta de corte. O fio da bobina foi envolto em um cilindro preso ao torno mecânico. O carro do torno que levava o rolo de arame ao longo do cilindro permitia a variação do espaçamento entre as espiras da mola.
Hoje exemplos comuns de utilização de molas, vão das minúsculas molas que acionam as teclas de celulares as enormes molas que suportam prédios inteiros para protegê-los da vibração geradas por terremotos.
Mola é um objeto elástico flexível usado para armazenar energia potencial elástica e devolver sem sofrer deformações permanentes.
As molas devem ser construídas utilizando matérias que tenham elasticidade, para que independente do formato ou tipo da mola elas sejam sempre elementos mecânicos elásticos. Desta forma, segundo a lei de Hooke, largamente usada na resistência dos materiais, molas são componentes que trabalham dentro da zona elástica onde a deformação é linearmente proporcional à tensão.
E como consequência dessa linearidade da relação entre a força aplicada pelamola quando deformada e a deformação que ela sofreu também é linear e é descrita pela seguinte expressão:
F=K*SL
Onde F é a força de reação da mola, K é a constante elástica da mola e SL é a deformação que a mola sofreu a partir de seu comprimento livre
Simplificando as molas armazenam energia e a devolve sem se deformarem permanentemente.
ESTUDO DAS MOLAS
Para o projeto poderiam ser utilizadas molas de tração ou compressão, apenas. Não poderiam ser usados elásticos ou qualquer tipo de motor. 
As molas de compressão, como o nome já diz, absorvem energia ao serem comprimidas e quando soltas liberam a energia acumulada.
As molas de tração, ao contrário das molas de compressão, são esticadas para ganhar energia que é liberada ao soltarmos a mola. Porém só podem ser utilizadas com um ponto fixo para suporte da mola.	
ELABORAÇÃO DOS DESENHOS TÉCNICOS
Alguns desenhos técnicos foram elaborados antes da construção do lançador de bolas, para termos uma ideia de como iria ficar depois de pronto e suas devidas medidas e ajustes para que tudo ocorresse dentro do planejado.
Pesquisa efetuada sobre o lançador, para obter mais informações sobre os processos de montagens e de como são feitos os lançadores tradicionais. Lançadores que utilizam molas são poucos conhecidos em mercado, pois não tem uma rotatividade grande de arremesso, e por ser manual, existem desvantagens na utilização deles.
O auto do referido projeto tem como meta a criação e o desenvolvimento de um canhão, baseado em conceitos estudados sobre a física, para a elaboração do projeto.
CÁLCULOS UTILIZADOS
Com as alturas definidas da apresentação (50 cm, 90 cm e 130 cm), calculamos os ângulos e alturas para lançamento da bolinha ao atingir o alvo.
Dados definidos:
· Massa da bolinha (MB): 0,015 kg
· Aceleração da gravidade (g): 9,8 m/s2
· Altura de lançamento (hi): 0,3 m
· Constante da Mola (k): 985 J
· Deformação da Mola (Xi): 0,088 m
· Altura Máx (hmax): 2 m
· Velocidade Inicial da Bolinha (Vo): 25,14 m/s
· Velocidade Final da Bolinha (Vf): 22,68 m/s
· Distância do Alvo (x): 8 m
As fórmulas que envolvem o projeto:
· tg=co/ca
· X=vo2*sen2θ/g
· hmax-hi= vo2*sen2θ/2*g
· EMi=MB*g*hi+1/2k*Xi2
· Emint=1/2m*Vint2+m*g*hmax
· EMf=1/2m*Vf2
1 – Encontramos pela fórmula da tangente um ângulo de 3,57º para a altura inicial de 50 cm (0,5 m):
tg=CO/CA
tgθ=0,5/8
tgθ=0,0625
θ=3,57º
2 – Com o ângulo e a distância de 8 metros, chegamos a velocidade inicial da bolinha:
X=vo2*sen2θ/g
8=vo2*0,124/9,8
vo2=25,14 m/s
3 – Próximo passo é achar a altura máxima:
hmax-hi=vo2*senθ/2*g
hmax-hi=25,142*0,062/19,6
hmax-hi=2
4 – Utilizando o teorema da Energia Mecânica (TEM):
∂Fnc=∆EM
EMi=Emint=EMf
EM=EPgri+EPeli
4.1 – EMi=MB*g*hi+1/2k*Xi2
Emi=0,015*9,8*0,3+1/2*985*0,0882
Emi=0,0441+492,5*0,007744
Emi=3,858 J
4.2 – Emint=ECint+EPgrint
Emint=1/2m*Vint2+m*g*hmax
3,858=1/2*0,015*Vint2+0,015*9,8*2
3,858=0,0075*Vint2+0,294
3,564/0,0075=Vint2
Vf=√475,2
Vf=21,79 m/s
4.3 – EMf=ECf
EMf=1/2m*Vf2
3,858=1/2*0,015*Vf2
3,858/0,0075=Vf2
Vf=√514,4
Vf=22,68 m/s
CONSTRUÇÃO DO PROJETO
Materiais Utilizados
- Cano de Aço Galvanizado 3” 250 mm
- Barra de Aço 630 mm usada para Braço e Sustentação (vertical e horizontal)
- Chapa de Ferro de 200x200 mm
- 5 parafusos de 8 mm
- Luva 2.½ ”
- Haste de Aço lisa 250 mm (para puxador)
- Solda MIG
- Esmeril
- EPI’s
- Máquina Fresadora
- 2 Molas de 10mm de diâmetro
- Torno
- Lixadeira com Disco de Corte
- Furadeira de bancada
- Spray Preto
- Broca 8 mm
- 2 barras achatadas de 300mm com espaçamento de 60 mm
entre os furos
ETAPAS DE CONSTRUÇÃO
1) Fresar o cano de 3” em duas laterais a partir de 120mm de uma extremidade até 100 mm da outra extremidade com diâmetro de 10 mm;
2) Cortar com a lixadeira o ferro para sustentação da barra transversal (braço);
3) Soldar dois pinos no cano, responsáveis por fixar a mola;
4) Furar a luva de 2 ½“ para encaixe da barra cilíndrica lisa de aço de 250 mm;
5) Furar a barra de ferro de sustentação para fixação do braço com o cano;
6) Soldar o cano de 3” na barra de braço;
7) Soldar a barra vertical na chapa de aço;
8) Fixar a mola nos pinos da abraçadeira e no puxador (barra cilíndrica de aço lisa);
9) Furar e parafusar a chapa de base na chapa de ferro;
10) Fixar as barras achatadas para dar
11) Iniciar testes;
RESULTADO DOS TESTES
No projeto inicial utilizaríamos cano de material PVC, porém com os testes detectamos que o cano não é resistente o suficiente para aguentar a força da mola, e substituímos o mesmo por cano de aço galvanizado. Com o novo cano conseguimos solucionar o problema da resistência, porém tivemos que fazer novos cálculos para analisar o ângulo para acertar os alvos. Com a mudança de cano alteramos a base do projeto que seria de madeira para uma base de ferro fundido, e conseguimos soldar pinos no próprio cano para fixar a mola e garantir o seu alinhamento. Com testes, percebemos que a mola não era forte o suficiente por isso compramos uma nova mola com diâmetro de fio maior e menor comprimento, o resultado foi conseguir alcançar até 12 metros de distância em um lançamento.
CUSTOS
Cotação e compra de todos os materiais que serão utilizados 
	Tabela de Custos
	Qtd 
	Material
	Valor Total
	1
	Cano 3"
	R$ 65,00
	1
	Chapa de Aço
	R$ 33,00
	8
	Parafusos
	R$ 14,00
	1
	 Spray Tinta 
	R$ 11,00
	1
	Barra de Aço (braço) 
	R$ 35,00
	1
	Haste Aço Lisa 
	R$ 8,00
	2
	Molas de Tração 
	R$ 17,00
	1
	Luva 
	R$ 14,00
	2
	Barras Achatadas 
	R$ 18,00
	Total 
	R$ 215,00
	
Foram realizadas algumas cotações de peças e matéria prima antes de realizamos a construção, para sabermos quanto seria investido e se estava dentro do orçamento.
PROJETO E IMAGENS
Imagem 1: Desenho do Projeto
Imagem 2: Cano de aço ante de ser soldado a estrutura
Imagem 3: Projeto Finalizado
CONSIDERAÇÕES FINAIS
O desenvolvimento do nosso o projeto nos trouxe além da experiência técnica a troca de conhecimento pelos integrantes do grupo, aprendemos na prática o que vemos muitas vezes na teoria, além de aprender a lidar com as dificuldades durante a execução de um projeto e com os imprevistos que surgem no meio do caminho.
O projeto conta com uma grande quantidade de peças em plástico e metais. O vasto uso destes tipos de materiais, deve-se principalmente pela redução de peso, buscamos materiais que trouxessem o melhor custo benefício, dessa forma foram feitas pesquisas de mercado e em diversos fornecedores de varejo. Utilizamos também algumas peças prontas, como por exemplo, o cano de PVC e a mola. 
O resultado foi um lançador que atende todos os pré-requisitos estabelecidos e conforme os testes que fizemos o protótipo funcionou perfeitamente, além da satisfação de entregar o projeto dentro do especificado, buscamos sempre utilizar a teoria e a física no projeto para aprimorar os resultados.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRAFICAS
Mundo Educação – Lei de Hooke.
Disponível em <https://mundoeducacao.bol.uol.com.br/fisica/lei-hooke.htm> Acesso em 24/05/2019
Escola Britannica – Artigo Catapulta
Disponível em <https://escola.britannica.com.br/artigo/catapulta/480925> Acessado em 24/05/2019
Super Abril – Historia Catapulta
Disponível em < https://super.abril.com.br/historia/a-mae-de-todas-as-guerras> Acessado em 24/05/2019
Cosmol – Teoria das Molas 
Disponível em <http://www.cosmol.com.br/mola-definicao-e-teoria/> Acessado em 24/05/2019
Só Fisica – Cinematica 
Disponível em <https://www.sofisica.com.br/conteudos/Mecanica/Cinematica/movobl.php> Acessado em 25/05/2019
Toda Meteria – Lançamento
Disponível em < https://www.todamateria.com.br/lancamento-obliquo/> Acessado em 25/05/2019
Brasil Escola – Lançamento Obliquo
Disponível em < https://www.todamateria.com.br/lancamento-obliquo/> Acessado em 25/05/2019
Stock Molas – Definição de Molas
Disponível em < https://www.stockmolas.com.br/mola-historia-definicao> Acessado em 29/05/2019